Introdução à Química dos Materiais

Código:

Q225

Sigla:

Q225

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Química

Ocorrência: 2011/2012 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Química e Bioquímica
Curso/CE Responsável:	Licenciatura em Química

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
L:Q	49	Plano de estudos Oficial	3	-	7,5	-
M:DCA	0	P.E. Mestrado em Des. Curricular pela Astronomia	1	-	7,5	-
M:FQCE	0	PEoficialMFisicaQuímicaContextoEscolar	1	-	7,5	-

Língua de trabalho

Português

Objetivos

A disciplina de Introdução à Química dos Materiais é uma unidade curricular destinada a alunos do primeiro ciclo dos cursos da Faculdade de Ciências da Universidade de Porto. Trata-se de uma disciplina de carácter introdutório e generalista que versa a estrutura interna das várias classes de materiais (a diferentes escalas, desde a escala atómico-molecular à macroscópica), as propriedades químicas, físicas e mecânicas diferenciadoras dos materiais, e, ainda, a sua função e aplicação prática. Pretende-se que no final da disciplina o alunos seja capaz de: (i) identificar as diferentes classes de materiais; (ii) descrever a sua estrutura interna, propriedades e função; (iii) descrever técnicas de preparação, processamento e caracterização de materiais; (iv) aplicar conhecimentos adquiridos para descrever de forma competente materiais de uso quotidiano, industrial e tecnológico.

Programa

PARTE 1 – INTRODUÇÃO AOS MATERIAIS (20% de esforço lectivo)

1.1 A ciência dos materiais
Introdução à Ciência dos Materiais e relação Ciência/Engenharia dos Materiais. Papel da Química no âmbito dos materiais. Nota histórica sobre evolução dos materiais e análise da actualidade. Competição entre materiais.

1.2 Classes de materiais
Classificação das diferentes classes de materiais—critérios. Caracterização genérica das seguintes classes: metais e ligas metálicas; cerâmicas; compósitos; polímeros; nanomateriais; materiais macios (cristais líquidos e materiais coloidais); biomateriais. Estrutura e propriedades básicas.


PARTE 2 – ESTRUTURA, PROPRIEDADE E FUNÇÃO (60% de esforço lectivo)

2.1 Estrutura e ligação química em materiais
Noção de escala dimensional em materiais. Ligação química e estrutura de sólidos, liquídos e mesofases. Sólidos iónicos, metálicos, moleculares e reticulados (redes covalentes). Estado cristalino e amorfo.

2.2 Estado cristalino
Estruturas cristalinas e sua classificação. Células unitárias. Poliformismo ou alotropia. Cristalização, defeitos cristalinos e difusão em sólidos.

2.3 Diagramas de fase
Noção de fase e regra das fases de Gibbs. Regra da alavanca. Diagramas de fase de substâncias puras, sistemas binários e sistemas ternários. Exemplos da relevância aplicada de diagramas de fase.

2.4 Propriedades dos materiais
Propriedades químicas. Corrosão de materiais. Propriedades mecânicas. Propriedades físicas: térmicas, eléctricas, magnéticas e ópticas. Relação estrutura-propriedade-função para as diferentes classes de materias estudadas.


PARTE 3 – CARACTERIZAÇÃO, PROCESSAMENTO E APLICAÇÕES (20% de esforço lectivo)

3.1 Métodos de caracterização de materiais
Técnicas correntes de caracterização estrutural e funcional de materiais: microscopia óptica e electrónica; difracção de luz, raios X e neutrões; espectroscopia; análise térmica; caracterização de superfícies.

3.2 Processamento
Técnicas de processamento de materiais metálicos, cerâmicos, poliméricos e compósitos.

3.3 Aplicações
Discussão avançada de aplicações práticas (quotidiano, tecnologia etc) de diferentes materiais com base nos conhecimentos adquiridos sobre estrutura/propriedade/função. Selecção de materiais para uma dada função.


FUNDAMENTAÇÃO E VISÃO GERAL DO PROGRAMA.

A Parte 1 visa fundamentalmente uma primeira abordagem ao âmbito e objectivos da ciência dos materiais e uma análise qualitativa e descritiva das diferentes classes de materiais. A Parte 2 envolve já uma análise mais avançada e quantitativa da estrutura interna e propriedades dos materiais, com especial relevância para as suas características diferenciadoras, e a compreensão da relação estrutura/propriedade/função. A Parte 3 proporciona uma discussão genérica das modernas técnicas de caracterização e processamento de materiais e, ainda, a aplicação dos conceitos estudados ao longo da disciplina na análise de materiais e dispositivos técnicos específicos.

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

1 - Aulas teóricas

As aulas têm carácter expositivo de acordo com o programa supra-citado.

2 - Aulas teórico-práticas

(a) Preparação e discussão de apresentações orais sobre diferentes classes de materiais (estrutura, propriedades, aplicações), por grupos constituídos por 3 alunos. Há 4 momentos de avaliação: 1ª apresentação (genérica) – 5 slides, 7 min; 2ª apresentação (intermédia) – 10 slides, 10 min; 3ª apresentação (intermédia) 15 min – 15 slides; 4ª apresentação (final) – 20 slides, 30 min.

(b) Discussão, consolidação e aprofundamento das matérias teóricas, com resolução de problemas quantitativos (essencialmente da Parte 2 do programa).

(c) Visitas de estudo (laboratórios de investigação, CEMUP).

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Obtenção de frequência

Para admissão a exame, os alunos não poderão exceder um número de faltas nas aulas teórico-práticas igual a 1/4 do número de aulas previstas.

Fórmula de cálculo da classificação final

A avaliação na disciplina é efectuada com base na: (i) avaliação contínua do desempenho do estudante nas aulas teórico-práticas (NTP); (ii) monografia individual (NMon); classificação de exame (NEx).

Assim, a classificação final (NF) é obtida de acordo com a seguinte ponderação:

NF = 0.30 x NTP + 0.20x NMon+ 0.50 x NEx

A classificação das aulas teórico-práticas baseia-se na avaliação continua relativa às aulas TP.

A nota de exame terá de ser maior ou igual a 10, NEx ≥ 10.

Observações

BIBLIOGRAFIA GERAL (RECOMENDADA)

[1] Princípios de Ciência e Engenharia dos Materiais, William F. Smith, 3ª edição, 1998, McGrawHill Portugal (Lisboa). ISBN: 972-8298-68-4.
[2] Materials Chemistry, Bradley D. Fahlam, 2007, Springer (Dordrecht). ISBN: 978-1-4020-6119-6.
[3] The Science and Engineering of Materials, Donald R. Askeland, 3rd edition, 1998, Stanley Thornes (U.K.). ISBN: 978-0-748-74083-3.
[4] Materials Science and Engineering: An Introduction, William D. Callister, 7th edition, 2006, John Wiley & Sons (New York). ISBN-10: 0-47173-696-1.

BIBLIOGRAFIA ESPECIALIZADA

[5] Nanochemistry – a chemical approach to materials, Geoffrei Ozin and André Arsenault, 2005, RSC Publishing (Cambridge, U.K.). ISBN: 0-85404-664-X.
[6] Introduction to Soft Matter: Synthetic and Biological Self-Assembling Materials, Revised Edition, Ian Hamley, 2007, John Wiley & Sons (New York). ISBN: 978-0-470-51609-6.
[7] Materiais 2000, M. Amaral Fortes e P.J. Ferreira (eds.), 2003, IST Press (Lisboa), ISBN: 972-8469-23-3.
[8] Thermodynamics and Kinetics in Materials Science, Boris S. Bokstein, Mikhail I. Mendelev and David J. Srolovitz, 2005, Oxford University Press (USA). ISBN: 978-0-198-52804-3.